第2章 材料的晶体结构

1、1,第二章材料的晶体结构,第二章材料的晶体结构,2-1晶体结构基本知识2-2立方晶系中的晶面与晶向2-3实际金属晶体结构的特点,2,2-1引言,1830年，法国晶体学家布拉菲（M.A.Bravais）利用数学推导，提出了晶体结构的空间点阵学说。规类为7个晶系，14种布拉菲点阵。1912年，德国法兰克福大学教授劳厄，发现了晶体的X射线衍射，从而在实验上证实了空间点阵学说。并获得1914年诺贝尔物理学奖。,3,第一节晶体结构基本知识,一空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。特征：原子的理想排列；有14种。阵点空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同

2、。晶格描述晶体中原子排列规律的空间格架。晶胞空间点阵中最小的几何单元。,4,二、晶系与晶格常数7个晶系14个布拉菲点阵三斜单斜正交六方菱方四方立方,点阵划分为晶格可以有不同的方法。,简单立方体心立方面心立方,点阵常数：abc,5,1.所选择的平行六面体的特性应符合整个空间点阵的特征，并应具有尽可能多的相等棱和相等角。2.平行六面体中各棱之间应有尽可能多的直角关系。3.在满足1,2时,平行六面体的体积应最小。根据上述原则，证明仅存在14种不同的晶格（或点阵），称做布拉维点阵，按对称性可分为7个晶系。,二、晶系布拉菲（Bravais）规则,6,b,a,b,c,a,g,三斜晶系triclinic,a

3、bc,abg90,1,7,b,b,单斜晶系monoclinic,abc,b=g=90a,Simple,Base-centered,8,a,c,c,b,斜方晶系Orthorhombic,abc,a=b=g=90,SimpleBase-centeredBadycenteredFace-centered,4567,9,a=bc,a=b=90,g=120,六方晶系Hexagonal,a,c,8,a,a,a,a,a,三方(菱形)晶系Rhombohedral,a=b=c,a=b=g90,9,10,a,c,a,a,c,a,10,11,四方晶系Tetragonal,a=bc,a=b=g=90,Body-cen

4、tered,Simple,11,a,a,a,a,a,a,a,a,a,立方晶系(Cubicsystem),a=b=c,a=b=g=90,SimpleBody-centeredFacecentered,12,13,14,12,七个晶系的晶格参数,a=b=c,a=b=g=90,a=bc,a=b=g=90,abc,a=b=g=90,a=b=c,a=b=g90,a=bc,a=b=90,g=120,abc,b=g=90a,abc,abg90,立方六方四方三方斜方单斜三斜,13,三纯金属的晶体结构,常见金属的晶体结构：Fcc：金、银、铜、铝、铅、镍、铁等Bcc：铬、钾、钠、钨、钼、钽、铁等Hcp：镁、锌、镉

5、、钛等,a=b=c,a=b=g=90,SimpleBody-centeredFacecentered,14,三类晶格的晶胞,（bcc）（fcc）（hcp）,15,晶向指数的标定a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。b求坐标。u,v,wc化整数。u,v,w.d加uvw（最小整数）。,第二节立方晶系中的晶面与晶向,1,0,0,0,0,1,0,1,0,O,1,1,0,1,1,0,1,1,1,晶向：空间点阵中各阵点列的方向。,16,晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。,晶面指数的标定a建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位。b量截距：x,y,z。c取倒数：h,k,l。

6、d化整数：h,k,k。e加圆括号：(hkl)。,z,y,红色晶面：b:x,y,z=1，1/2，1/3。c：h,k,l=1,2,3d：h,k,k=1,2,3,e：(hkl)=(123)绿色晶面：b:x,y,z=1，2/3，2/3。c：h,k,l=1,3/23/2d：h,k,k=2,3,3,e：(hkl)=(223),17,(100),(001),(001),(111),(110),常见晶面的Miller指数,密排面：原子密度最大的晶面。密排方向：原子密度最大的晶向。,18,第三节实际金属晶体结构的特点,单晶多晶,单晶涡轮叶片,DD3单晶叶片,一多晶体结构由许多外形不规则的单晶体组成，每个单晶体内

7、部原子排列大致相同，但各个单晶之间位相不大相同。,19,四晶体的缺陷,维纳斯“无臂”之美更深入人心晶体缺陷赋予材料丰富内容,原子的不规则排列产生晶体缺陷。晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如材料强化）中具有重要作用。,20,晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。共分为三类：点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、间隙原子、异类原子等。线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。,21,点缺陷-引起材料结构、性能的变化。,(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning,空位,异种原子,间隙原子,异种原子,22,线缺陷,线缺陷（位错）dislocation位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。随着位错数目的增加，金属强度先降低后增加，金属晶体中不含位错或含有大量位错均能使强度提高。）,23,面缺陷,面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。,晶粒理想表面状态,纯铁晶界,晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。,24,晶界分类,大角度晶界：